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第1章 绪论1

1.1过程工业与工业化学过程1

1.1.1过程工业1

1.1.2工业化学过程2

1.2化学反应过程的基本规律4

1.3反应过程与设备的关系6

1.3.1最优化的经济目标6

1.3.2最优化的技术目标7

1.4化学反应与反应设备的分类8

1.4.1化学反应的分类8

1.4.2工业反应设备的类型9

1.5化学反应器的设计与放大12

1.5.1化学反应器的设计原则12

1.5.2工业反应器的放大13

1.6化学反应过程与设备的发展15

第2章 化学反应过程基本理论18

2.1化工原料资源18

2.1.1 煤炭19

2.1.2石油21

2.1.3天然气23

2.1.4生物质23

2.1.5工业“三废”25

2.2化学反应动力学基础26

2.2.1化学反应速率26

2.2.2反应速率的影响因素27

2.2.3复杂反应的动力学表达30

2.3反应器的操作方式32

2.4反应器计算的基本方程式33

2.4.1反应动力学方程式34

2.4.2物料衡算式35

2.4.3热量衡算式35

2.5均相理想反应器36

2.5.1均相反应器的特点36

2.5.2釜式反应器的设计与操作37

2.5.3管式反应器的设计与操作43

2.6连续流动反应器的停留时间分布45

2.6.1非理想流动45

2.6.2停留时间分布函数46

2.6.3停留时间分布函数的应用48

2.7非理想流动49

2.7.1非理想流动模型50

2.7.2非理想流动对反应结果的影响53

参考文献55

第3章 釜式反应器57

3.1间歇操作釜式反应器工艺计算57

3.1.1反应时间57

3.1.2反应器有效体积58

3.2连续操作釜式反应器工艺计算59

3.2.1单段连续釜式反应器60

3.2.2多段连续釜式反应器60

3.3搅拌器63

3.3.1搅拌的混合机理和液体流动特性64

3.3.2常用搅拌器的类型及性能特征67

3.3.3搅拌功率72

3.4搅拌釜式反应器的传热78

3.4.1反应釜的传热装置78

3.4.2高温热源的选择80

3.5搅拌反应釜传热系数的计算82

3.5.1反应器内壁对流传热系数的计算83

3.5.2蛇管外壁对流传热系数的计算84

3.6立式搅拌反应釜的选用85

3.6.1搅拌器的选型85

3.6.2立式搅拌反应釜的选型86

3.7釜式反应器在硝基苯生产中的应用88

3.7.1生产工艺88

3.7.2 硝化剂90

3.7.3硝化反应器91

3.7.4硝化反应器的放大设计92

参考文献94

第4章 管式反应器96

4.1管式反应器的计算基础方程式96

4.1.1计算基础方程式97

4.1.2空间速度与空间时间97

4.2液相管式反应器的设计98

4.2.1等温液相管式反应器98

4.2.2变温液相管式反应器99

4.3气相管式反应器的设计101

4.4管式反应器的数学模拟102

4.4.1 管式反应器的数学模型103

4.4.2数学模型方程的求解104

4.5反应器类型和操作方式的比较104

4.5.1生产能力的比较105

4.5.2反应选择性比较107

4.5.3操作与计算最优化109

4.6管式反应器在环氧乙烷生产中的应用109

4.6.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理111

4.6.2反应过程的影响因素112

4.6.3氧化反应器的设计117

4.6.4氧化反应器的结构特点120

4.7管式反应器在聚乙烯生产中的应用121

4.7.1聚乙烯的分子结构及分类122

4.7.2聚乙烯的生产工艺123

4.7.3乙烯自由基聚合原理及动力学126

4.7.4高压管式反应器130

参考文献133

第5章 塔式反应器135

5.1塔式反应器的类型及构造135

5.1.1塔式反应器的分类135

5.1.2塔式反应器的一般构造136

5.1.3附属装置137

5.1.4塔类型的选择139

5.2板式塔139

5.2.1板式塔的结构140

5.2.2塔板类型140

5.2.3浮阀塔的设计计算142

5.3填料塔146

5.3.1物理吸收过程146

5.3.2化学吸收过程147

5.3.3填料塔的设计151

5.4鼓泡塔156

5.4.1鼓泡塔的操作状态156

5.4.2鼓泡塔内的流动特性157

5.4.3鼓泡塔内的传热特性161

5.4.4鼓泡塔的工业应用162

5.5塔设备设计常见错误171

5.6喷射反应器173

5.6.1喷射反应器的研究现状及进展173

5.6.2喷射反应器的应用174

参考文献177

第6章 固定床反应器179

6.1固定床反应器的构造179

6.2固定床反应器内的流体流动181

6.2.1催化剂颗粒直径和形状系数181

6.2.2床层空隙率182

6.2.3流体在固定床中的流动特性183

6.2.4流体流过固定床层的压力降184

6.3固定床反应器内的传热185

6.3.1床层对壁总传热系数185

6.3.2床层有效导热系数187

6.3.3表观壁膜传热系数189

6.3.4流体与催化剂颗粒间的传热系数191

6.4固定床反应器内的传质191

6.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质192

6.4.2催化剂颗粒内部的传质194

6.4.3床层内的混合扩散196

6.5固定床反应器的设计197

6.5.1总反应速率方程式197

6.5.2反应器的设计199

6.6固定床反应器在合成氨生产中的应用201

6.6.1一氧化碳变换的基本原理202

6.6.2一氧化碳变换的工艺过程206

6.6.3变换反应器207

6.6.4变换反应器的新发展210

6.7固定床反应器的日常运行与操作212

6.8固定床反应器在二甲醚生产中的应用214

6.8.1二甲醚的合成技术215

6.8.2甲醇脱水工艺及反应器设计217

参考文献223

第7章 流化床反应器226

7.1流态床反应器的特性226

7.1.1流态化226

7.1.2散式流化床和聚式流化床227

7.1.3流化床中的气泡及其行为227

7.1.4流化床的异常现象及处理方法228

7.1.5流化床反应器内的传质229

7.1.6流化床反应器内的传热231

7.2流化床反应器的设计232

7.2.1反应器直径与高度的确定232

7.2.2压力降的计算234

7.2.3反应器的数学模型237

7.3流化床反应器的运行与操作239

7.4流化床反应器在丙烯腈生产中的应用241

7.4.1丙烯腈生产工艺242

7.4.2丙烯氨氧化反应器245

7.5流化床反应器在苯胺生产中的应用248

7.5.1苯胺的生产路线248

7.5.2加氢流化床反应器250

7.6流化床反应器的研究发展255

参考文献257

第8章 离子交换反应器260

8.1离子交换法的基本原理260

8.1.1离子交换平衡260

8.1.2离子交换速率261

8.2离子交换剂与离子交换树脂262

8.2.1离子交换剂262

8.2.2离子交换树脂263

8.2.3离子交换树脂的类型264

8.2.4离子交换树脂的物理性能266

8.2.5离子交换树脂的化学性质267

8.3离子交换反应器的应用269

8.3.1离子交换反应的特性269

8.3.2离子交换软化除盐270

8.3.3软化与除碱272

8.3.4复床、混床除盐274

8.4离子交换器的工作过程276

8.4.1固定床离子交换器间歇工作过程276

8.4.2一级复床的工作过程281

8.4.3连续式离子交换器工作过程282

8.5离子交换器283

8.5.1固定床离子交换器283

8.5.2移动床离子交换器287

8.5.3连续床离子交换器287

8.5.4混合床离子交换器288

8.5.5浮动床离子交换器288

8.5.6双室浮动床离子交换器290

8.5.7回程式离子交换器291

8.5.8离子交换柱293

8.6离子交换装置的设计293

8.6.1设计依据293

8.6.2系统的参数计算294

参考文献295

第9章 电化学反应器298

9.1电化学反应器298

9.1.1 电化学反应器的主要构件299

9.1.2二维反应器299

9.1.3三维反应器302

9.2电解槽302

9.2.1电极反应303

9.2.2法拉第电解定律303

9.2.3分解电压与极化现象304

9.2.4电解槽的分类及构造305

9.2.5电解槽的工艺设计307

9.3电化学反应器的工业应用309

9.3.1电解氧化法处理废水309

9.3.2电解还原法处理无机污染物310

9.3.3电解凝聚与电解气浮314

9.3.4电解消毒316

9.4电化学技术的发展方向317

9.4.1阳极材料317

9.4.2电化学反应器318

9.4.3电化学组合工艺319

9.4.4生物膜电极法319

参考文献320

第10章 膜生物反应器321

10.1膜反应器321

10.1.1分离膜321

10.1.2膜反应器326

10.2生物反应器330

10.2.1生物反应器的特点及分类331

10.2.2大型生物反应器设计与放大332

10.2.3微型生物反应器333

10.2.4动物细胞及组织工程反应器335

10.2.5酶反应器338

10.3膜生物反应器339

10.3.1膜生物反应器的形式339

10.3.2膜生物反应器的类型340

10.3.3新型膜生物反应器343

10.3.4膜生物反应器的应用345

10.4膜污染控制技术347

10.4.1膜污染控制措施348

10.4.2膜污染的清洗349

参考文献350

第11章 其他反应器352

11.1气液固三相反应器352

11.2涓流床反应器354

11.2.1涓流床的流体力学355

11.2.2涓流床反应器中的传质356

11.2.3涓流床反应器中的传热357

11.2.4涓流床反应器的结构359

11.2.5涓流床反应器的设计与放大360

11.3热管反应器361

11.3.1热管的工作原理361

11.3.2热管的结构362

11.3.3热管的主要特性363

11.3.4热管反应器的应用363

11.4径向反应器364

11.4.1乙苯脱氢反应原理365

11.4.2乙苯催化脱氢生产过程365

11.4.3脱氢径向反应器367

11.4.4轴径向反应器的开发369

11.5微反应器369

11.5.1微反应器的结构370

11.5.2微反应器的主要特点370

11.5.3聚合反应器的类型371

11.5.4微反应器在聚合反应中的应用372

参考文献379